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热隐身衣与热流控制的数值模拟计算

热隐身衣与热流控制的数值模拟计算

作者：王武迪哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

热流控制是近年来研究的热点问题,在能源的高效利用,国防安全,功率器件,热信息器件等方向都有广泛的应用前景。参照变换光学,得益于热传导方程在坐标变换前后的形式不变性,研究者将坐标变换法推广到了热力学领域,为热流控制提供了有力... 详细信息

热流控制是近年来研究的热点问题,在能源的高效利用,国防安全,功率器件,热信息器件等方向都有广泛的应用前景。参照变换光学,得益于热传导方程在坐标变换前后的形式不变性,研究者将坐标变换法推广到了热力学领域,为热流控制提供了有力的理论支持。热隐身衣是近年来热流控制的热门领域,指可以控制某一区域的热流,从外部看就好像该区域不存在一样。热隐身衣的实现往往通过构造热学超材料来完成。针对热流控制的定量分析并给出现实的设计方法对热隐身的推广应用具有重要意义。目前大部分关于热隐身衣与热流控制的研究都是定性分析,虽然实现了很多功能,但是并没有给出定量的设计思路。本文基于坐标变换法设计了二维圆形热隐身衣的理论模型,并且将其参数化。定义了无量纲数描述热隐身衣参数和性能。通过数值模拟计算的方法给出了各个系统参数对被控制区域的影响,给出了拟合方程,并进行修正。基于此可以按照需求设计热隐身衣,并且通过调节参数定量的控制固定区域的热流。鉴于热隐身衣需要的是各向异性的材料,而且需要满足某些条件,现实中几乎不能找到符合条件的材料,于是本文通过等效热阻理论利用各项同性材料构造了符合要求的热学超材料。基于构造的热学超材料,本文建立了两个等效热隐身衣模型,分别具有热集中和热削弱功能,并且进行了分析。定义无量纲数描述等效模型对外部温度场的扰动,并与理论模型比较。最后将两个模型综合,给出了能同时实现两种功能的热隐身衣模型的设计思路,可以根据不同需求调节模型参数即可定量的控制固定区域的热流。

关键词：热隐身热流控制坐标变换数值模拟

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基于纳米复合材料的低能耗热流控制模块研究

基于纳米复合材料的低能耗热流控制模块研究

作者：王璞玉浙江大学

学位级别：硕士

为改善超精密加工系统的热态特性,借助热控制模块控制功能部件之间的热流传递,优化系统的热流场,从而间接的控制系统的温度场是一种较为有效的方法。目前国内外研究的此类热控制模块可分为被动型和主动型两类。被动型热控制模块能耗低,... 详细信息

为改善超精密加工系统的热态特性,借助热控制模块控制功能部件之间的热流传递,优化系统的热流场,从而间接的控制系统的温度场是一种较为有效的方法。目前国内外研究的此类热控制模块可分为被动型和主动型两类。被动型热控制模块能耗低,但可控性差;主动型热控制模块控制精确,但能耗大,热耦合效应明显,这些都限制了在超精密加工系统中的深入应用。结合博士学科点专项科研基金项目(基于纳米复合材料的低能耗热流放大及缩小机理研究,编号：200803350028)和国家科技重大专项(高性能七轴五联动数控成形磨削机床及关键技术研究,编号：2009ZX04014-026-04),对热流控制模块的设计和控制策略进行了改进。首先,基于碳纳米管复合材料制备各向异性导热体,优化模块的热流传递通路;其次,应用多模态的半主动控制策略。具体包括：第一章：本章介绍了碳纳米管复合材料的研究现状,详细分析了碳纳米管复合材料的导热性能及其影响因素。阐述了应用于超精密加工系统的热控制模块的研究成果以及存在的问题。最后论述了论文的研究目的和意义,以及论文的主要研究内容和结构。第二章：本章介绍了低能耗热流控制模块的工作原理和组成结构,详细阐述了热网络法的理论基础和建模方法,完成了虚拟样机的建立。第三章：本章首先介绍了基于热电偶的温度场检测装置的发展及应用,详细阐述了低能耗热流控制模块实验平台的搭建方案。依据实验平台的实测数据修改了虚拟样机中的相关参数,完成了虚拟样机的拟实化研究。第四章：本章首先通过与主动型热流控制器的对比,验证了低能耗热流控制模块控制性能的提高和能耗的降低。之后在虚拟样机中分析了关键参数变化对模块控制性能的影响,为控制策略的提出奠定了基础。第五章,本章详细阐述了低能耗热流控制模块以对流换热系数为关键变化参数的多模态半主动控制策略,进行了控制策略的仿真,并做了相应的实验验证控制策略的有效性。第六章,对全文进行总结,回顾本文的研究思路和成果,分析下一步的研究方向,为将来的研究提出设想。

关键词：碳纳米管复合材料热流控制低能耗各向异性热网络温度场检测半主动控制

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基于各向异性材料的低能耗热流控制模块研究

机电工程 2011年第7期28卷 798-801,830页

作者：王璞玉胡旭晓周洁杨克己浙江大学现代制造技术研究所浙江杭州310027

为改善应用于超精密加工系统的热控制模块能耗大的状况,设计了一种低能耗热流控制模块。模块的导热体基于各向异性纳米复合材料制作,输入热流从导热体非主方向通入,控制热流从主方向通入,从而优化了热流传导路径,机理上实现了低能耗。... 详细信息

为改善应用于超精密加工系统的热控制模块能耗大的状况,设计了一种低能耗热流控制模块。模块的导热体基于各向异性纳米复合材料制作,输入热流从导热体非主方向通入,控制热流从主方向通入,从而优化了热流传导路径,机理上实现了低能耗。使用热网络法对模块建模,并依据实验数据对模型进行了修正。最后利用模型分析了关键参数对模块控制性能的影响,并提出了在控制策略中进一步减小能耗的方法。实验结果表明,热控制模块能耗减小在50%左右。

关键词：各向异性热流控制热网络低能耗

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用于薄带型材连铸的局部热流控制方法和设备

铝加工 2012年第2期35卷 51-51页

本发明介绍了一种方法和设备，用于控制薄带连铸的传热，其方法是在双辊连铸机的双辊外侧分别加转动的辅助辊，用于刷掉铸辊铸造表面形成的氧化物，从而改善传热，同时在刷去铸辊表面氧化物之后的辊工作面上喷吹气体，

关键词：薄带连铸热流控制设备双辊连铸机表面氧化物型材工作面传热

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磁流体流动控制中的磁场配置效率研究

力学学报 2008年第6期40卷 752-759页

作者：陈刚张劲柏李椿萱北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

采用数值模拟方法研究了不同磁场空间构型对弹道式再入飞行器基准外形表面热流分布的影响.计算模型为低磁雷诺数近似下的磁流体力学模型.数值模拟结果表明两个大小相同、方向不同的磁偶极子对表面热流密度分布的影响存在较大差异,由此... 详细信息

采用数值模拟方法研究了不同磁场空间构型对弹道式再入飞行器基准外形表面热流分布的影响.计算模型为低磁雷诺数近似下的磁流体力学模型.数值模拟结果表明两个大小相同、方向不同的磁偶极子对表面热流密度分布的影响存在较大差异,由此指出热流控制应用中磁场配置的效率问题.随后的磁场详细作用机理分析表明上述差异的原因在于不同空间磁场分布对流动能量转化机制的影响不同.以此为基础给出了在流动的不同区域,磁场空间分布应遵循的一般性原则.

关键词：磁流体力学低磁雷诺数近似磁场配置热流控制

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高超声速飞行器复杂结构热试验技术

航空学报 2016年第S1期37卷 73-79页

作者：李翔傅波中航工业成都飞机设计研究所成都610091

为解决高超声速飞行器复杂结构热试验加热器设计难题,以高超声速飞行器钝头体试验样段为研究对象,对复杂结构热试验从试验方案确定,加热器详细设计,温度、应变、位移的测量及热流控制方法等相关技术进行研究。通过自行设计的红外加热器... 详细信息

为解决高超声速飞行器复杂结构热试验加热器设计难题,以高超声速飞行器钝头体试验样段为研究对象,对复杂结构热试验从试验方案确定,加热器详细设计,温度、应变、位移的测量及热流控制方法等相关技术进行研究。通过自行设计的红外加热器完成了钝头体试验样段的高温试验,获得了大量的温度、应变、位移等试验数据。通过本次研究,梳理了高超声速飞行器复杂结构加热器设计流程,为优化结构设计提供了重要试验数据支持。

关键词：高超声速飞行器复杂结构加热器热流控制热试验技术

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活塞热流的复合隔热控制研究

活塞热流的复合隔热控制研究

作者：徐慧慧北京理工大学

学位级别：硕士

随着发动机强化水平不断地提高,活塞需要承受极大的热负荷,由此导致活塞会出现失效问题,严重影响了发动机的工作可靠性。因此需要减少活塞的散热量并对活塞中热流的传递进行控制规划,使各部位温度在合理的范围内,降低活塞热负荷,延长发... 详细信息

随着发动机强化水平不断地提高,活塞需要承受极大的热负荷,由此导致活塞会出现失效问题,严重影响了发动机的工作可靠性。因此需要减少活塞的散热量并对活塞中热流的传递进行控制规划,使各部位温度在合理的范围内,降低活塞热负荷,延长发动机使用寿命。本文以高强化柴油机活塞为模型,通过改变活塞顶部材料、增加空气腔和隔热片等隔热手段,对活塞的热流量进行控制研究。主要内容如下:为进行活塞温度、热流状态的研究,首先利用内燃机性能仿真软件Ricardo-Wave,研究壁面温度升高对换热系数、充量系数以及着火延迟期的影响规律,进而使用内燃机性能仿真模型计算活塞顶面平均温度、换热系数等随曲轴转角的变化曲线,结合经验公式,计算得到活塞的换热边界条件。计算不同隔热组合方案的温度场并将结果进行对比分析,最终确定使用钢顶、隔热片以及空气腔相结合的复合隔热方式。与全铝活塞相比,复合隔热活塞的温度场变化明显,顶部温度梯度变大,最高温度增加330℃以上,活塞主体温度在290℃以下,铝合金材料得到较好保护。隔热片放置在第一环槽上方,可以阻隔热量直接传递,降低第一环槽工作温度。空气腔设置在活塞顶背侧,控制热流方向并降低活塞质量。研究活塞中关键隔热影响参数对温度场的影响规律,得到结论有:(1)顶部材料对活塞整体温度场具有较大的影响,钛合金作为顶部材料隔热效果尤为明显。(2)活塞顶部增厚会导致活塞最高温度降低,表明空气隔热效果良好,顶部热流方向主要为径向传递。(3)活塞最高温度随着隔热片中陶瓷成分的增加而升高。从多个方面对活塞各关键部位的温度阀值进行研究。主要包括:活塞散热量、第一环槽润滑油结焦温度、活塞质量、裙部摩擦力、顶部材料的高温强度、不同材料间的接触面配合、裙部配缸间隙。利用多目标优化的方法,构建活塞热流整体满意度评价模型。利用此模型对研究的各隔热组合方案进行满意度评价。根据正交法分析的结果优化活塞结构,得到三种较为合理的热流分配活塞。在此基础上,考虑活塞实际工况下的使用和加工工艺要求,优化活塞顶部燃烧室和内部接触面,确定最终的复合隔热结构活塞,满意度为0.69,较初始结构提高0.12。

关键词：热流控制隔热参数活塞温度场满意度

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热处理炉的新结构与新技术

中国机械工程 2001年第3期12卷 309-312页

作者：董元机械工业部第二设计院杭州市310022

新型热处理炉研制了全纤维炉衬结构、高速调温自控烧嘴和计算机自动控温系统 ;大能量集中供热、强化对流传热、脉冲式控制供热等技术 ,建立新的供热方式 ;研制了集中排烟、炉压自动控制系统、炉体全密封系统等技术有效地控制炉内热流 ,... 详细信息

新型热处理炉研制了全纤维炉衬结构、高速调温自控烧嘴和计算机自动控温系统 ;大能量集中供热、强化对流传热、脉冲式控制供热等技术 ,建立新的供热方式 ;研制了集中排烟、炉压自动控制系统、炉体全密封系统等技术有效地控制炉内热流 ,建立新的炉内热流控制方法及理论。开发了活动组合式、现场组装拆卸式、车载式等灵活多变的新炉型。在提高热处理精度。

关键词：热处理炉结构传热热流控制

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定向凝固技术的发展

中国铸造装备与技术 2003年第2期38卷 1-3页

作者：周振平李荣德沈阳工业大学材料科学与工程学院 110023

定向凝固技术是制备具有单一取向要求的凝固组织的重要方法。回顾了传统定向凝固技术的发展历程,指出了其存在的弊端,概述了国内新型定向凝固技术的发展。

关键词：定向凝固热流控制发热剂法功率降低法区域熔化液态金属冷却法